Объем гидросферы и свойства воды

Внешняя оболочка Земли представляет собой биосферу, включающую в себя воздушную часть (атмосферу), твердую (литосферу) и водную (гидросферу) части. В гидросферу входят все водные ресурсы планеты. Она занимает промежуточное положение между литосферой и атмосферой и постоянно взаимодействует с ними.

С точки зрения физики, чистая вода — это бесцветная и безвкусная жидкость, состоящая из водорода и кислорода. В гидросфере пребывает в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном.

Она способна:

• замерзать, переходя из жидкого состояния в твердое;
• таять при переходе из твердого в жидкое;
• испаряться при нагревании и переходить в газообразное состояние;
• конденсироваться в капельки при охлаждении переходя при этом из газообразного состояния в жидкое.

Планета Земля на три четверти покрыта водой, из-за этого ее часто называют голубой. Вся ее совокупность составляет примерно полтора миллиарда кубических километров. Основная часть воды в жидком состоянии (более 96%) сосредоточена в морях и океанах и является горько-соленой. Общая площадь Мирового океана в 2,5 раза превышает территорию всей суши.

На долю пресной поверхностной жидкости озер, рек, болот и других водоемов приходится меньше 3%, что составляет 90 млн кубометров. Грунтовые воды и так называемых подземные моря в глубине земли могут быть как пресными, так и солеными (минеральными).

Хранилищами льда и снега являются ледники. Огромные запасы пресной воды в твердом состоянии находятся в труднодоступных местах. В основном они сосредоточены в Антарктиде и Гренландии в виде ледниковых природных образований и айсбергов в Арктике. Ледники содержат более 24 млн м3 воды. Для сравнения — это объем жидкости, который будет иметь сток всех рек Земли за 500 лет. Если этот лед в воображении распределить по всей поверхности планеты, то получится слой толщиной в 53 метра.

Распределение по объему гидросферы всех водных запасов (в кубических километрах):

• Всемирный океан — 1 млрд 370 млн.
• Подземные — 60 млн.
• Зоны активного водообмена (т. е. зоны грунтовых вод, участвующих в обмене с атмосферой и питающих реки) — 4 млн.
• Ледники — 24 млн.
• Озера — 280 тыс.
• Почвенная влага — 85 тыс.
• Пары в атмосфере — 14 тыс.
• Речные — 1,2 тыс.

В газообразном состоянии вода находится в виде облаков, имеющих разную форму в зависимости от высоты, на которой образовались. Облака образуются при охлаждении водяного пара, который растекается и формирует рыхлую массу, насыщенную капельками жидкости. В самых высоких облаках могут быть кристаллики льда.

Круговорот как гидрологический цикл

Благодаря уникальной способности воды легко превращаться в любую форму (газообразную, твердую или жидкую) стало возможным непрерывное перемещение водных масс через атмосферу из океана на сушу и обратно. Этот процесс получил название мирового круговорота воды. Основная роль в его механизме отводится тепловой энергии Солнца и силе тяжести.

При нагревании океана под воздействием солнечного тепла со всей его поверхности испаряется и поднимается в атмосферу влага. Там происходит охлаждение и превращение ее в жидкость, капельки которой формируют облака и тучи. Под действием силы притяжения одна часть сконденсированных в атмосфере водяных паров возвращается в океан разными видами осадков.

Другая часть передвижением воздуха (ветрами) относится на сушу, пополняет запасы грунтовых жидкостей и увлажняет почву. Жидкость из почвы частично стекает в водоемы, а частично поглощается растениями, которые потом испаряют ее поверхностью листьев. Реки постепенно переносят полученную из атмосферы воду в Мировой океан. Это очень важный этап, регулирующий речной сток. Если бы его не было, то реки наполнялись бы только на короткое время выпадения дождей или при таянии горных снегов. В итоге процесс замыкается и повторяется, т. е. является цикличным.

Можно сказать, что круговорот воды в природе происходит как гидрологический цикл по схеме: океан — атмосфера — суша — океан. Он представляет собой замкнутую цепь, каждое из звеньев которой имеет свои особенности. Речное, озерное и океаническое характеризуется испарением жидкости с поверхности водоемов. Почвенному присуще не только испарение, но и перемещение водных пластов. Роль атмосферного звена сводится к накоплению и переносу водяных паров.

Доля биологического звена невелика, но оно отличается сложностью и многообразием происходящих в нем процессов. Вся жидкость, потребляемая людьми в процессе хозяйственной и бытовой деятельности, в итоге возвращается в общую схему круговорота воды в природе. Самым значительным звеном является океаническое, на его долю приходится ¾ всех осадков на планете.

Виды явления

Все составляющие водообмена на планете объединяются глобальным или большим кругооборотом воды. Он обеспечивает поступление воды буквально в каждую частичку земного шара и ее непрерывное обновление, т. е. полную смену за фиксированный отрезок времени. Этот параметр варьируется от 12 дней у рек до 10 тыс. лет у полярных ледников. Быстрее всего процесс происходит в живых организмах, например, в организме человека полный водообмен совершается за 8 часов.

Цикл большого круга не замкнут, так как часть жидкости теряется навсегда в верхних слоях атмосферы. Под воздействием солнечных лучей молекулы воды распадаются на водород и кислород и уходят в космос. В то же время объем гидросферы не уменьшается за счет дополнительного притока воды из недр земли через тектонические трещины.

Большой и малый круг

Большой круг разделяется на два малых: океанический и континентальный. Океаны — основные поглотители солнечного тепла и поставщики водяного пара, именно над ними происходит океанический водообмен. На сегодня его объем сопоставим с шестью такими водоемами, как Каспийское море. Количество жидкости в океанах меняется в процессе развития планеты. Остается неизменным только тот факт, что не вся испарившаяся с их поверхности жидкость возвращается.

Часть ее переносится на континенты и выпадает в виде осадков на сушу. Так возникает континентальный круговорот. Его начальный объем зависит от характеристик материка, над которым он происходит. Чем больше размер территории и выше горные массивы, тем больше океанической влаги оседает на континенте. Максимальный размер у водооборота Евразии, минимальный — у Австралии. За время своего существования малый кругооборот менялся, иногда значительно и скачкообразно.

Геологический водообмен

Отдельное явление — геологический круговорот. Он происходит при непрерывном водообмене между сушей, океаном и недрами планеты в зонах тектонических сдвигов, рифтовых трещин и желобов. В одной из таких трещин находится самое глубокое континентальное озеро на земном шаре — Байкал, в нем сосредоточено 50% всех мировых запасов пресной воды. Другая пересекает весь Атлантический океан.

Желоба располагаются в Тихом океане на всем протяжении от Камчатки до Индонезии. В них находится очень горячая жидкость из глубин земли, которая может вступать в реакции с холодными придонными слоями. В результате содержащиеся в воде примеси выпадают в осадок. Он образует конусы высотой в десятки метров. Сильно нагретая вода из глубоководных источников, вырываясь на поверхность, похожа на извержение маленьких вулканов с белым или черным дымом над ними. В итоге жидкость, ушедшая в глубину вместе с горными породами из-за различных геологических процессов, восполняется.

Описание темы для детей

Откуда берутся дождевые тучи, почему реки не пересыхают, может ли человек прожить без воды — все эти вопросы рано или поздно возникают у любого ребенка. Дошкольникам такую сложную вещь, как водообмен, нужно объяснять кратко, лучше в игровой форме. Обязательно обратить внимание, что правильное название — именно круговорот, а не водоворот воды в природе. Чтобы было понятнее, сначала желательно рассказать о каждой стадии явления и познакомить с такими определениями: конденсация, испарение, перенос воды, осадки.

Форму подачи информации можно выбрать соответственно характеру и интересам ребенка. Например, придумать или найти в интернете сказку о приключениях принца Капитошки и его подружек капелек. Если ребенок хорошо воспринимает наглядную картинку, можно нарисовать или распечатать схематический лэпбук по этой теме или сделать своими руками макет из подручных материалов.

А еще лучше вместе поставить интересный эксперимент. Чтобы создать элементарную модель круговорота понадобятся: большой полиэтиленовый пакет на застежке или стеклянная банка, цветные водостойкие маркеры, скотч и собственно вода. Для красоты в нее можно добавить акварельной краски или пищевого красителя. Можно приступать к опыту:

1. Насколько хватит фантазии, разрисовать маркерами сосуд. Изобразить солнышко, тучки, небо, линию моря.
2. Предварительно подкрашенную воду нужно нагреть так, чтобы появился пар, но еще не началось кипение.
3. Перелить воду в пакет или банку и хорошо закрыть.
4. Помещаем сосуд в место с самой большой разницей температур. Например, можно прикрепить пакет скотчем на балконной двери или поставить банку на подоконник.
5. Через некоторое время вода начнет испаряться, и на стенках сосуда появятся первые кружочки конденсата. Это будет символизировать испарение жидкости с поверхности моря в атмосферу.
6. Затем капельки будут набухать, пока в итоге не поползут вниз. Получится символ выпадения осадков.

С банкой опыт можно продолжить, понаблюдав за изменением уровня воды в ней при закрытой или открытой крышке. Ребенку постарше можно рассказать, что мир в закрытой банке — простейшая модель замкнутой системы, каковой, собственно, и является наша планета.

Влияние человека

Круговорот воды является исключительно важным свойством гидросферы, так как только благодаря ему общее количество этой жидкости на Земле почти не уменьшается, делая ее возобновимым ресурсом. За последние пару сотен лет существенно возросло значение хозяйственной деятельности человека в круговороте воды. Динамичное развитие промышленности, бесконтрольная вырубка лесов, орошение и осушение земель, освоение обширных участков земли для сельскохозяйственных нужд, возведение огромных плотин, затопление больших территорий водохранилищами — все это мало повлияло на общий объем гидросферы, но сильно затронуло отдельные гидрологические процессы.

Изменился сток рек, значительная часть воды надолго выпадает из общего круговорота. Даже появился термин — безвозвратно изъятая вода. Она, конечно, не исключается полностью из водообмена, но может возвращаться с большой задержкой и на совершенно другое место. Сбрасывание в водоемы даже небольшого количества сточных вод приводит к загрязнению огромных объемов. Поэтому сейчас самым важным является вопрос водной экологии, а не ее физической нехватки.